مهندسی متالورژی

مهندسی متالورژی

اثر الیاف پلی پروپیلن بر استحکام فشاری ژئوپلیمر پایه متاکائولن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
حمیدرضا احمدی 1
مرتضی محمودان 2
دانیال شیرالی 2
1 گروه مهندسی مواد و متالورژی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد ساوه، ساوه، ایران
2 دانشگاه آزاد اسلامی واحد ساوه
10.22076/me.2024.2007974.1383
چکیده
اثر الیاف پلی پرو پیلن به وسیله آزمون های فشاری و خمشی بررسی شد، شناسایی فازهای حاصل با ازمون الگوی پراش اشعه ایکس XRD و مورفولوژی فازها توسط میکروسکوپ میدانی FE-SEM، بررسی رفتار حرارتی و انواع پیوندها تشکیل شده با ازمون حرارتی DTA-TG و FTIR انجام شد. نتایج نشان داد که با افزایش مدت زمان نگهداری نمونه ها از 7 تا 28 روز استحکام افزایش می یابد. افزودن الیاف پلی پروپیلن باعث افزایش استحکام فشاری نسبت به نمونه بدون الیاف شده است. با افزودن 3% الیاف 4 و 8 میلی متری استحکام فشاری 28 روز، 46% افزایش می یابد. نتایج XRD نشان داد که مینرال های کوارتز و پیروفیلیت فازهای اصلی باقی مانده این ساختارها را پس از فرآیند ژئوپلیمریزاسیون در تمامی نمونه ها تشکیل می دهند. نتایج FTIR نشان دادند که در نمونه های ژئوپلیمری پیک CM-1 63/1030 به طرف فرکانس های بالاتر یعنی cm- 171/1528 – 97/1422 تغییر مکان داده است که نشان دهنده پیشرفت فرآیند ژئوپلیمریزاسیون است. تصاویر SEM نشان داد که مکانیزم بیرون زدن نسبت به دیگر سازو و کارها غالب تر است. نتایج حاصل بیانگر این موضوع می باشد که نمونه های حاوی 3% حجمی الیاف بالاترین استحکام فشاری و خمشی را در برداشته و می تواند به عنوان مقادیر بهینه در نظر گرفته شود.
کلیدواژه‌ها
ژئوپلیمریزاسیون
استحکام فشاری
الیاف پلی پروپیلن
نمونه های ژئوپلیمری

عنوان مقاله English

The effect of polypropylene fibers on the compressive strength of metakaolin-based geopolymer

نویسندگان English

Hamidreza Ahmadi 1
morteza mahmoodan 2
danial shiraly 2
1 Department of Materials Engineering, Islamic Azad University, Saveh branch, Saveh, Iran.
2 Islamic Azad University saveh branch
چکیده English

The effect of polypropylene fibers was investigated by compression and bending tests, identification of the resulting phases by X-ray XRD diffraction pattern test and phase morphology by field microscope FE-SEM, investigation of thermal behavior and types of bonds formed by DTA-TG thermal test and FTIR was performed. The results showed that the strength increases with the increase in the storage time of the samples from 7 to 28 days. The addition of polypropylene fibers has increased the compressive strength compared to the sample without fibers. By adding 3% of 4 and 8 mm fibers, the compressive strength of 28 days increases by 46%. The XRD results showed that quartz and pyrophyllite minerals are the main remaining phases of these structures after the geopolymerization process in all samples. The FTIR results showed that in the geopolymeric samples, the CM-1 peak at 1030/63 has shifted to higher frequencies, i.e. 1528/171-1422/97 cm, which indicates the progress of the geopolymerization process. SEM images showed that the extrusion mechanism is more dominant than other mechanisms. The results show that samples containing 3% by volume of fibers have the highest compressive and bending strength and can be considered as optimal values.

کلیدواژه‌ها English

geopolymerization
compressive strength
polypropylene fibers
geopolymer samples
 
1) Davidovits et al, “Geopolymer: Inorganic Polymeric New Materials”, Journal of Thermal Analysis,1 (37) (1991),1633-56. 
2) Chakkor, O., Altan, M.F. & Canpolat, O. Elevated Temperature, Freezing–Thawing and Mechanical Properties of Limestone, Marble, and Basalt Powders Reinforced Metakaolin–Red Mud-Based Geopolymer Mortars. Iran J Sci Technol Trans Civ Eng 46, 3241–3258 (2022).
3). Kuqo, T. Koddenberg, C. Mai, Use of dry mixing-spraying process for the production of geopolymer-bonded wood and seagrass fibreboards, Compos. Part B Eng. 248 (2023) Part B Eng. 248 (2023)
4) رزمی خدیجه، رضایی بهرام، صدری عبداله "استفاده از بتن ژئوپلیمر به جای بتن های پرتلند در پروژه‌های عمرانی " اولین کنفرانس بین‌المللی بتن‌های ناتراوا مخازن ذخیره آب شرب،گیلان،ایران،بهمن۱۳۸۹.
5) R.A. Sa Ribeiro ´, M.G. Sa Ribeiro ´, W.M. Kriven” A Review of Particle- and FiberReinforced Metakaolin-Based Geopolymer Composites” J. Ceram. Sci. Technol. 307-322 (2017).
6) victor CLi,shuxin wang and chynthia Wu,200L “tensile strain hardeningof PV-ECC”.ACI material journal.
7)کیوانی، عبد الله "بتن الیافی و کاربرد ان در سازه های بتنی"،کارگاه های تخصصی بتن. بتن های ویژه ، مهر ماه 84.
8) Furkan Sahin, Mucteba Uysal, Orhan Canpolat, Turgay Cosgun, Heydar Dehghanpour” The effect of polyvinyl fibers on metakaolin-based geopolymer mortars” with different aggregate filling, Construction and Building Materials 300 (2021) 124257.
9(حبیبی،سیما، نیلفروش زاده، حسین ، قربانی شبستری،سیاوش" بررسی تاثیر الیاف پلی پروپیلن بر روی استحکام و مقاومت حرارتی بتن" مجله علمی پژوهشی علوم وتکنولوژی نساجی ، سال چهارم ، شماره 2 ،بهار و تابستان 1388.
11) Zhong and Yao;"Effect of polypropylene fibers on the long-term tensile strength of concrete"; Journal of Wuhan University of Technology Mater. Sci. Ed., Vol. 22 No.1, pp.62-73 , 2007.
11) Hau and Zhou; "Application study of polypropylene fiber reinforced concrete  railway tunnel lining structure within hard rock  mass using wet-sprayed technique";  Trans Tech Publications, Vol. 22 No. 1,pp.76-80, 2009.
12) S. Kurtz and P. Balaguru; "Postcrack creep of polymeric fiber-reinforced concrete in flexure"; Journal of  Cement and Concrete Research, Elsevier Science, Vol. 22, No.1,pp. 183-190, 2000.
13) Yao,  “Flexural  strength and  behavior of polypropylene  fiber reinforced concrete beams”,Journal of Wuhan University of Technology Mater. Sci. Ed. ,Vol.17 No.2,pp.251-260 , 2000
14) Wu et al. ; "Performance characteristics of subdenier monofilament polypropylene fiber reinforced mortars"; Journal of Applied Polymer Science., Vol. 94 , pp. 2251-2256, 2004.
15) A.E. Richardson; "Bond characteristics of structural polypropylene fibers in concrete with regard to post-crack strength and durable design";  Journal of  Structural Survey, Vol.  23, No.3 ,pp. 210-230, 2005.
16) Zainab A. Mohammed, Layth A. Al-Jaberi, Arshad N. Shubber” EFFECT OF POLYPROPYLENE FIBER ON PROPERTIES OF GEOPOLYMER CONCRETE BASED METAKOLIN” Journal of Engineering and Sustainable Development, Vol. 25, No. 02, March 2021.
17) . Haddaji, H. Majdoubi, S. Mansouri, Y. Tamraoui, M. El bouchti, B. Manoun, M. Oumam, H. Hannache, Effect of synthetic fibers on the properties of geopolymers based on non-heat treated phosphate mine tailing, Mater.Chem. Phys. 260 (2021) 124147
18) D. Junger, M. Liebscher, J. Zhao, V. Mechtcherine, Joule heating as a smart approach in enhancing early strength development of mineral-impregnated carbon-fibre composites (MCF) made with geopolymer, Compos. Part A Appl. Sci. Manuf. 153 (2022).
19) E. JOUSSEIN, S.PETIT1, J.CHURCHMAN, B.THENG, D.RIGHI AND B.DELVAUX” Halloysite clay minerals-a review” Clay Minerals (2005) 40, 383-426.
20) Yunsheng, Z., Wei, S., and Zongjin, L.,“Composition  design and microstructural characterization  of  calcined  kaolin-based geopolymer  cement.”  Applied  Clay  Science, 2010, 47, 271.
21) ournal of the American Ceramic Society - 2021 - Hajimohammadi - Chemo- mechanical properties of carbon fiber reinforced.pdf, (n.d.).
22) Kardelen Kaya, Sezen Soyer-Uzun” Evolution of Structural Characteristics and Compressive Strength in Red Mud-Metakaolin Based Geopolymer Systems” Accepted Manuscript, 2016.
23) W. Hajjaji, S. Andrejkovicˇova, C. Zanelli, M. Alshaaer, M. Dondi, J.A. Labrincha,  F. Rocha”Composition and technological properties of geopolymers based on metakaolin and red mud” Materials and Design 52 (2013) 648–654.
24) N. Balgourinejad, M. Haghighifar, R. Madandoust, S. Charkhtab, Experimental study on mechanical properties, microstructural of lightweight concrete incorporating polypropylene fibers and metakaolin at high temperatures, J. Mater. Res. Technol. 18 (2022) 5238–5256,
25)  Xu H, van Deventer JSJ. Effect of source materials on geopolymerization. Ind Eng Chem Res 2003;42(8):1698–706.
26) ZHANG Zu-hua, YAO Xiao, ZHU Hua-jun, HUA Su-dong, CHEN Yue” Preparation and mechanical properties of polypropylene fiber reinforced calcined kaolin-fly ash based geopolymer” J. Cent. South Univ. Technol. (2009) 16: 0049−0052.
27) N. Ali, O. Canpolat, Y. Aygörmez, M.M. Al-Mashhadani, Evaluation of the 12–24 mm basalt fibers and boron waste on reinforced metakaolin-based geopolymer, Constr. Build. Mater. 251 (2020).
28. M. Li, R. Luo, L. Qin, H. Liu, P. Duan, W. Jing, Z. Zhang, X. Liu, High temperature properties of graphene oxide modified metakaolin based geopolymer paste, Cem. Concr. Compos. 125 (2022),
 29) Navid Ranjbar, Mehdi Mehrali, Arash Behnia, Alireza Javadi Pordsari, Mohammad Mehrali, U. Johnson Alengaram, Mohd Zamin Jumaat” A Comprehensive Study of the Polypropylene Fiber Reinforced Fly Ash Based Geopolymer” PLoS One. January 25, 2016.
30) Y.M. Liew, H. Kamarudin, A.M. Mustafa Al Bakri, M. Bnhussain, M. Luqman, I. Khairul Nizar, C.M. Ruzaidi, C.Y. Heah” Optimization of solids-to-liquid and alkali activator ratios of calcined kaolin geopolymeric powder” Construction and Building Materials 37 (2012) 440–451.
31) A. Refahi, J. Aghazadeh Mohandesi, E. Gohari Behjat Abadi” Fatigue behavior of geopolymer mortar reinforced by polypropylene fibers under constant loading amplitude and variable block loading” J. Appl. Environ. Biol. Sci., 5(10S)477-489, 2015.

  • تاریخ دریافت 10 مرداد 1402
  • تاریخ بازنگری 20 خرداد 1403
  • تاریخ پذیرش 23 خرداد 1403